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1、第四章 凸轮机构及其设计 4.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类4.2 从动件的运动规律从动件的运动规律4.3 图解法设计凸轮廓线图解法设计凸轮廓线4.4 解析法设计凸轮廓线解析法设计凸轮廓线4.5 凸轮机构的压力角及基本尺寸的设计凸轮机构的压力角及基本尺寸的设计4.6 凸轮机构的计算机辅助设计凸轮机构的计算机辅助设计第四章第四章第四章第四章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计4.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类4.1 4.1 凸轮凸轮机构的应用和分类机构的应用和分类一、一、凸轮机构的组成和应用凸轮机构的组成和应用二、二、凸轮机构的分类凸轮机
2、构的分类三、三、凸轮机构的特点凸轮机构的特点1.凸轮机构的组成凸轮机构的组成 一、一、凸轮机构的组成和应用凸轮机构的组成和应用凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三部分组成的高副机构 凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。通常凸轮为主动件，作等速转动，但也有作往复摆动或移动的。被凸轮直接推动的构件称为从动件(或推杆)。它通常作往复直线运动或往复摆动。一、凸轮机构的组成和应用一、凸轮机构的组成和应用一、凸轮机构的组成和应用一、凸轮机构的组成和应用卷棉机卷棉机2.凸轮机构的应用凸轮机构的应用 一、一、凸轮机构的组成和应用凸轮机构的组成和应用凸轮机构是一种应用十分广泛的机构。电阻压帽机电阻压帽机一、一、凸轮
3、机构的组成和应用凸轮机构的组成和应用一、一、凸轮机构的组成和应用凸轮机构的组成和应用巧克力输送用圆柱凸轮机构巧克力输送用圆柱凸轮机构一、一、凸轮机构的组成和应用凸轮机构的组成和应用绕线机构绕线机构1.按凸轮的形状分类按凸轮的形状分类二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类2.按从动件端部形状分类按从动件端部形状分类3.按从动件的运动形式分类按从动件的运动形式分类4.按从动件与凸轮维持高副接触的方式分类按从动件与凸轮维持高副接触的方式分类1.按凸轮的形状分类按凸轮的形状分类u 移动凸轮移动凸轮 (Translating cam)
4、u 盘形凸轮盘形凸轮 (Plate cam or disc cam)它是凸轮机构最基本的形式。本章重点内容。凸轮是一个绕固定轴线转动并具有变化向径的盘形构件。从动件在垂直于凸轮轴的平面内运动。特点：结构简单，应用广泛，但从动件行程不宜过大凸轮作直线往复移动，它可以看成是转轴在处的盘形凸轮。1.1.按凸轮的形状分类按凸轮的形状分类按凸轮的形状分类按凸轮的形状分类二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类u 圆柱凸轮圆柱凸轮 (cylindrical cam)凸轮是圆柱体，从动件的运动平面与凸轮轴线平行。可看成将移动凸轮卷成圆柱体演化而成。u 圆锥凸轮圆锥凸轮凸轮是圆锥体。从动件沿着圆锥母线方向运动。可
5、看成将盘形凸轮的一扇形部分卷成圆锥体而成。盘形凸轮和移动凸轮是平面凸轮，与从动件之间的运动是平面运动。圆柱凸轮和圆锥凸轮是空间凸轮，与从动件之间的运动是空间运动。二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类u 尖底从动件尖底从动件 (Knife-edge follower)尖底能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，可使从动件实现任意的运动规律。但尖底易磨损，很少应用。由于尖底从动件凸轮机构的分析与设计是研究其它形式从动件凸轮机构的基础，故需加以讨论。二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类2.2.按从动件端部形状按从动件端部形状按从动件端部形状按从动件端部形状分类分类分类分类2.按从动件端部形状分类按从动件端部
6、形状分类u 滚子从动件滚子从动件 (Roller follower)滚子磨损小，可承受较大载荷，传递较大的动力，应用最广。二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类u 平底从动件平底从动件 (Flat-faced follower)l 平底与凸轮之间易于形成楔形油膜，能减少磨损。l 不计摩擦时，凸轮对从动件的作用力始终垂直于平底，受力平稳，传动效率较高。l 常用于高速凸轮机构中。l 缺点：仅能与轮廓全部外凸的凸轮相作用。二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类u 曲底从动件曲底从动件l 克服了尖底易磨损的缺点。二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类u 直动从动件直动从动件 (Translating fol
7、lower)：从动件作往复直线运动 u 摆动从动件摆动从动件 (Oscillating follower)：从动件作往复摆动二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类3.按从动件的运动形式分类按从动件的运动形式分类3.3.按从动件的运动形式分类按从动件的运动形式分类按从动件的运动形式分类按从动件的运动形式分类直动从动件分两类：直动从动件分两类：AOeAO从动件轴线通过凸轮的回转轴心。从动件轴线通过凸轮的回转轴心。l 对心直动从动件对心直动从动件(in-line translating follower)l 偏置直动从动件偏置直动从动件(offset translating follower)从动件轴
8、线从动件轴线不不不不通过凸轮的回转轴心，通过凸轮的回转轴心，凸轮的回转轴心到从动件轴线的垂凸轮的回转轴心到从动件轴线的垂直距离称为直距离称为偏距偏距偏距偏距，用，用e e表示。表示。二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类u 力封闭（锁合）型凸轮机构力封闭（锁合）型凸轮机构 利用重力、弹簧力或其他外力使从动件与凸轮轮廓始终保持接触。封闭（锁合）方式使从动件与凸轮廓线始终保持接触而不脱离的方式。二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类4.按从动件与凸轮维持高副接触的方式分类按从动件与凸轮维持高副接触的方式分类4.4.按从动件与凸轮维持高副接触的方式分类按从动件与凸轮维持高副接触的方式分类按从动件与凸轮维
9、持高副接触的方式分类按从动件与凸轮维持高副接触的方式分类盘形盘形槽凸轮机构槽凸轮机构 等宽等宽凸轮机构凸轮机构 等径等径凸轮机构凸轮机构 共轭共轭凸轮机构凸轮机构 u 形封闭（锁合）型凸轮机构形封闭（锁合）型凸轮机构 依靠凸轮或从动件特殊的几何形状来维持从动件与凸轮的接触。二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类形封闭型凸轮机构形封闭型凸轮机构(Form-closed cam mechanism)l 盘形槽凸轮机构盘形槽凸轮机构(plate groove cam)靠凸轮端面的沟槽来维持从动件与凸轮接触的优点：优点：封闭方式简单，且从动件的运动规律不受限制。缺点：缺点：增大了凸轮的尺寸和重量，不能采
10、用平底从动件l 等宽凸轮机构等宽凸轮机构(constant breadth cam)凸轮廓线上任意两平行线间的距离都等于从动件框架内侧的宽度，即两高副接触点之间的距离处处相等，且等于从动件的槽宽b。形封闭型凸轮机构形封闭型凸轮机构(Form-closed cam mechanism)l 等径凸轮机构等径凸轮机构(constant diameter cam)两滚子中心间的距离始终保持不变。从动件1的两个滚子2和2始终与凸轮3保持接触。1223形封闭型凸轮机构形封闭型凸轮机构(Form-closed cam mechanism)l 共轭共轭(主回主回)凸轮机构凸轮机构(conjugate cam)
11、3 31 12 2 两个固结在一起的凸轮1和2控制一个具有两滚子的从动件。凸轮1驱动从动件顺时针摆动，凸轮2驱动从动件逆时针返回摆动。形封闭型凸轮机构形封闭型凸轮机构(Form-closed cam mechanism)优点优点:可以免除弹簧附加的阻力,从而减小驱动力,提高效率。缺点缺点:机构外廓尺寸较大,设计较复杂。形封闭型凸轮机构形封闭型凸轮机构(Form-closed cam mechanism)一般凸轮机构的名称应表明凸轮、从动件的端部形状和从动件的运动形式及从动件轴线相对凸轮轴心的布置形式等，通常凸轮机构的命名是上述几种类型的综合。对心尖顶直对心尖顶直对心尖顶直对心尖顶直动从动件盘动
12、从动件盘动从动件盘动从动件盘形凸轮机构形凸轮机构形凸轮机构形凸轮机构偏置尖顶直偏置尖顶直偏置尖顶直偏置尖顶直动从动件盘动从动件盘动从动件盘动从动件盘形凸轮机构形凸轮机构形凸轮机构形凸轮机构摆动滚子从动件摆动滚子从动件摆动滚子从动件摆动滚子从动件盘形凸轮机构盘形凸轮机构盘形凸轮机构盘形凸轮机构对心滚子直对心滚子直对心滚子直对心滚子直动从动件盘动从动件盘动从动件盘动从动件盘形凸轮机构形凸轮机构形凸轮机构形凸轮机构凸轮机构的命名凸轮机构的命名：优点：优点：1.只需适当地设计凸轮轮廓，就可使 从动件获得各种预期运动规律。2.结构简单、紧凑、设计方便。缺点：缺点：1.从动件与凸轮之间为点或线接触，易 磨损，只宜用于传力不大的场合；2.凸轮轮廓加工比较困难；3.从动件的行程不能过大，否则会使凸轮变得笨重。三、凸轮机构的特点三、凸轮机构的特点三、凸轮机构的特点三、凸轮机构的特点三、凸轮机构的特点三、凸轮机构的特点